Çekinti eğilimini değerlendirmek için modül hesapları

Bu yazıda ele alacağımız konu birçok dökümcü için oldukça temel seviyede bir bilgi sayılabilir. Fakat Dökümhane projesinin kapsamını genişletmek ve eksiklerini gidermek adında, Dökümhane’de en basit sayılabilecek konulara dahi yer vermek istiyoruz. Bu yazıda da işte böyle temel bir konuyu ele alacağız: Modül hesabı.

Modül hesabına neden gerek var?

Bir parçada çekinti oluşma eğilimini değerlendirirken, mutlaka parçanın geometrik özelliklerini ve kesit kalınlıklarını dikkate almamız gerekiyor. Fakat bu değerlendirmeyi yaparken, sadece parçanın ağırlığı ya da kesitin kalınlığı üzerinden düşünmek, çoğu zaman bizi yanıltabiliyor. Çünkü burada bizim için önemli olan aslında parçanın ne kadar ağır ya da kalın olduğu değil: Birim hacmin ne kadar hızlı bir şekilde soğuduğu. Bu soğuma hızı her ne kadar kesit kalınlığı ya da parçanın ağırlığı ile orantılı bir şekilde değişiyor olsa da, parçanın soğuyabildiği etkin yüzeyleri dikkate aldığımız zaman, benzer ölçülere sahip iki farklı kesitin, farklı hızlarda soğuyabildiğini görebiliyoruz. Çünkü parça tasarımı gereği kesitlerden biri serbest yüzeylerden ısıyı atabilirken, diğeri boş yüzeylerinin sınırlı olması nedeniyle daha yavaş soğuyor.

Bu nedenle bu değerlendirmeleri yaparken kesit kalınlığı ya da parça ağırlığını değil, kesitin modülünü dikate almamız gerekiyor. Modül dediğimiz şey, en basit tanımıyla kesitin haciminin yüzey alanına oranı. Fakat burada kesitin toplam yüzey alanını değil, soğumanın gerçekleştiği yüzeylerin toplam alanını dikkate alıyoruz.

Modül = Hacim / Soğuma Yüzeyi Alanı

Aşağıdaki görsel üzerinde, bazı temel geometrik şekillerdeki kesitlerin modül hesaplarında kullanılan eşitlikler sadeleşmiş olarak veriliyor. Bu kesitlerden herhangi bir tanesi eğer başka bir kesite bağlıysa, bu temas yüzeyinden ısı akışı gerçekleşemeyeceği için, bu yüzey alanının toplam yüzey alanından çıkartılarak, soğuma yüzeyi alanının bulunması gerekiyor.

Maçalı kesitlerde modül hesabı

Bu noktada aklınıza şu soru geliyor olabilir: Eğer kesit içinde bir maça varsa, o zaman bu maça yüzeyini de bir soğuma yüzeyi olarak ele almalı mıyız? Bu değerlendirmeyi yapmak için oldukça basit bir yaklaşım uyguluyoruz. Maçanın kalınlığını kesitin kalınlığıyla oranlıyor ve çıkan sonuca göre bu yüzeyi ne oranda hesaplamaya katmamız gerektiğini bulabiliyoruz. Bu değerlendirmenin nasıl yapıldığına bir örnek vermek adında, aşağıdaki görseli inceleyebilirsiniz.

Bu tür değerlendirmeler elbette artık simülasyon programları tarafından çok daha kapsamlı ve doğru bir şekilde yapılıyor. Fakat bu geleneksel yaklaşımlardan haberdar olur ve bu bilgilerden faydalanırsak, bazı üretim parametrelerini pratik bir şekilde belirleme fırsatı bulabiliriz. Örneğin aşağıdaki grafik üzerinde, küresel grafitli (sfero) dökme demirde kesit modülüne bağlı olarak istenen minimum küre sayısı gösteriliyor. Bu basit grafiğe bakarak, kesitin modülüne göre istenen minimum küre sayısı hakkında bir fikir sahibi olmamız mümkün olabiliyor.

Dökümhane Akademi’de yayımlanan çeşitli makale ve eğitim videolarında, sfero dökme demirlerde büyüyen grafit kürelerinin belli bir basınç yaratarak çekintiyi engellediklerinden bahsediliyor. Yukarıdaki grafik, işte bu basıncın yaratılabilmesi için gereken minimum küre sayısını gösteriyor. Tabii bu yaklaşımın oldukça basit ve biraz da indirgemeci olduğu söylememiz lazım. Çünkü çekintinin karbon eşdeğeri, kalan Mg, döküm sıcaklığı gibi farklı birçok parametreden etkilendiğini biliyoruz. O nedenle yukarıdaki grafiği okurken, bu grafiğin çekintiyi ortaya çıkartan tüm parametrelerin istenen değerlerde olduğu ve işin sadece küre sayısına kaldığı bir durum için geçerli olduğunu aklımızda tutmamızda fayda var.

Kaynaklar ve ek bilgiler

1. Ductile Iron. The essentials of gating and risering system design. Sorelmetal: Rio Tinto Iron & Titanium Inc. (2000) Canada.
2. Dökümde besleyiciler ve ekzotermik besleyiciler. K.C. Candeğer. TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası, Metalurji. Vol. 126 (2001) 5.

İçerik hazırlığında kullanılan tüm kaynakların listesi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.

Yazan: Dr. Arda Çetin. (Dökümhane Akademi ekibi hakkında ayrıntılı bilgi için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz.)